Fixations moulées innovantes pour composants CFRP

Au salon JEC à Paris cette année, l'un des affichages de projet dans le showcase Automotive World était une fixation moulée intégrée développée par Böllhoff Otalu (La Ravoire, France), la filiale française du fournisseur allemand de fixations Böllhoff (Bielefeld). Yann Bernard est le chef de produit pour le Böllhoff IMTEC HR, qui signifie fixation In-Molding TECnology High mechanical Resistance. Il explique que l'IMTEC HR a été développé avec les départements innovation chez les OEM automobiles. « On nous a demandé de travailler sur structures lourdes pour atteindre un haut niveau de performance. On peut faire des pièces composites très fortes, mais le point faible est l'assemblage. Le besoin était pour des assemblages totaux comme les sièges, qui doivent être attachés à un plancher. » Bernard note que dans les structures métalliques typiques, cela était réalisé en utilisant un rivet borgne ou écrou soudé sur le plancher. « Mais maintenant les planchers peuvent être composites. Alors, comment fixez-vous sur ce type de structure composite ? »

L'objectif était une fixation assez forte pour fixer une pièce composite, mais aussi compétitive en coût et adaptée à la production haut volume. « L'attache à planchers métalliques peut être facilement industrialisée avec des processus pleinement robotiques », dit Bernard. « Alors l'idée pour l'IMTEC HR était une solution industrialisée pour composites sans opérations manuelles. » Les fixations IMTEC HR peuvent être placées dans le moule pour une structure de plancher composite et intégrées pendant le processus de moulage. Bernard cite l'IMTEC HR comme compatible avec procédés de moulage thermodurcissable et thermoplastique, incluant moulage par transfert de résine (RTM), moulage par compression et moulage par injection/surmoulage.

Processus d'intégration

Pour le moulage par injection, la fixation est placée robotiquement d'abord sur une goupille fixée sur le moule. La goupille localise la fixation et protège les filets à l'intérieur de l'enrobage de résine. Ensuite, le matériau composite est placé robotiquement dans le moule. Le moule ferme, le plastique est injecté et la pièce est démoulée avec fixation intégrée.

Pour le moulage par compression, le processus est essentiellement le même sauf que la goupille est un « capuchon » en plastique à dévisser et sert aussi à écarter le matériau pour insérer la fixation dans le composite, éliminant ainsi le besoin de percer un trou. Cela ne sauve pas seulement du temps, cela évite de couper les fibres. Le capuchon protège à nouveau les filets intérieurs pendant le moulage et est retiré après le démoulage.

« Il n'y a pas d'opérations supplémentaires une fois le plancher produit », note Bernard. « Nous croyons que cette technologie aide à rendre les planchers composites ou toute autre pièce structurelle avec un coût de production abordable. Elle réplique l'utilisation de rivets borgnes avec planchers métalliques car la fixation est déjà là dans la pièce composite moulée. Vous attachez maintenant le siège avec méthodes standard. Cela égalise les règles du jeu car les pièces peuvent être attachées à un plancher composite de la même façon qu'à un plancher métallique. »

Forme spéciale pour absorption d'énergie

J'ai demandé à Bernard à propos de la forme de ces fixations, expliquant qu'elles ressemblaient à d'autres que j'avais vues, incluant Big Head et Spida Fixings. Il a dit que la forme est réminiscente mais différente, développée pour permettre la libération graduelle d'énergie pendant conditions crash. « Elle est assez forte pour fournir une haute performance mécanique mais peut absorber l'énergie en conditions test crash pour éviter une rupture fragile catastrophique », explique-t-il. « Elle permet déformation élastique puis plastique sans casser. Sans ce comportement, le plancher composite à l'attache se déformerait et casserait ou la fixation métallique casserait. C'était un des problèmes avec l'adaptation de fixations pour structures composites. »

Un autre aspect de la forme est les pétales. « Ceux-ci sont conçus pour s'ancrer dans le matériau composite pendant le moulage », dit Bernard. « Vous devez concevoir cette fixation pour s'ancrer dans la pièce et pas rester dans le moule. » Il note aussi que la bride de la fixation est derrière la pièce composite et ne réduit pas l'épaisseur de section de la pièce. « C'est important pour atteindre une fixation encastrée tout en maintenant la section de pièce, qui donne les propriétés structurelles. »

Une version spéciale de l'IMTEC HR a été développée avec Cetim qui est compatible avec la ligne de production QSP. Cetim est l'organisme de recherche français qui a développé le Quilted Stratum Process (QSP) pour production hautement automatisée de pièces composites.

Selon un article publié par Cetim, la fixation IMTEC HR en instance de brevet développée pour QSP montre une augmentation de 30-75 % de la performance arrachement et 60-75 % d'amélioration de la performance cisaillement simple comparé aux fixations conventionnelles.